CC BY
24
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПОПЕРЕЧНЫХ НАВОДОК Е.В. Смирнова Научный руководитель - д.т.н., профессор С.М. Латыев
В работе приводится описание экспериментального стенда для исследования чувствительности поперечных наводок. Показаны функциональная и структурная схемы установки и закон ее функционирования. Излагается перечень юстировочных операций, предусмотренных в конструкции данного стенда.
Введение
В основу функционирования многих оптических приборов (теодолитов, автоколлиматоров, измерительных микроскопов) положена операция совмещения изображения и марки, наблюдаемых оператором, с последующим снятием отсчета по шкалам. При этом из-за ряда причин (остроты зрения, параллакса и др.) оператор не может абсолютно правильно расположить изображение относительно марки и оценить на глаз расстояние от штриха до индекса (долю деления шкалы). Возникают так называемые погрешности наведения, влияющие на точность работы приборов. Погрешность наведения зависит от ряда факторов:
1) видов совмещаемых марок,
2) типа светофильтров,
3) освещенности экрана,
4) контраста изображения,
5) аберраций оптической системы,
6) психофизических данных оператора.
Точность поперечных наводок характеризуется погрешностью расположения изображения объекта с совмещаемой маркой.
Экспериментальный стенд
Для проведения исследований была разработана установка, функциональная схема которой приведена на рис. 1. Экспериментальный стенд предназначен для исследования погрешности совмещаемых марок на экране проекционной установки от факторов различной природы.
Рис. 1. Функциональная схема установки
Световой поток от источника света 1, проходя через систему освещения по Келеру 2-3, освещает сетку с маркой 4 (в виде трех штрихов). Далее марка проецируется микрообъективом 5 на экран 6 установки. Перемещение экрана осуществляется винто-рычажным приводом 14 и определяется смещением светодиода 7, жестко связанного с экраном проекционной установки, относительно светочувствительной площадки пози-ционно-чувствительного приемника 9. Проецирование пятна светодиода осуществляется объективом 8. Результаты проведенных исследований выводятся на экран монитора персонального компьютера 11 при помощи аналого-цифрового преобразователя 10. Дополнительно для проведения необходимых исследований возможно введение в ход лучей светофильтров 12-13.
Чувствительностью поперечной и продольной наводок (порогом чувствительности) называют то минимальное угловое или линейное смещение изображения, которое может быть замечено оператором. Методика исследования чувствительности наводок основана на измерении величины рассеяния положения марки при ее многократных повторных совмещениях с изображением объекта. Точность совмещения зависит от формы совмещаемых объектов. Средняя квадратическая погрешность наведения для случая совмещения с биштрихом составляет 6-8", при нониальном совмещении 10-15" и при наложении 30-60".В данном случае рассматривается случай совмещения с биштрихом. Цель оператора - совместить штрих с биштрихом, т.е. расположить его непосредственно по центру бисектора. В зависимости от того, исследования каких влияющих факторов проводятся на данном стенде, оператору приходится наводиться на центральный либо крайние штрихи. Для этого необходимо перемещать экран при помощи винто-рычажного привода.
Структурная схема стенда для исследования чувствительности поперечных наводок представлена на рис. 2.
сменные светофильтры
коллектор конденсор
/у
сетка с маркой
микро объектив
экран
4
мкм
е. кодов В МКМ
ПК -л АЦП МС ** объектив
У0 мкм
Х4
УЗ=ХЗ У2=Х2
У1=Х1
Рис. 2. Структурная схема установки: ПК - персональный компьютер; АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
МС - позиционно-чувствительный приемник «Мультискан»
Для разработки закона функционирования прибора в целом необходимо выяснить законы функционирования каждого элемента схемы, участвующего в формировании сигнала. Это объектив, необходимый для проецирования пятна светодиода на светочувствительную площадку «Мультискана», разработанного РАН, фотоприемник «Мультискан», позволяющий регистрировать положение падающего на него светового пятна, аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер. 1. Объектив, необходимый для проецирования пятна светодиода на светочувствительную площадку «Мультискана»: у0 - смещение штриха при помощи винто-рычажного механизма (сдвиг светодиода, жестко соединенного с экраном проекционной установ-
ки), мм; х1 - смещение светового пятна на мультискане, мм. Таким образом, закон функционирования данного элемента схемы: л = • Х1.
воб
2. Позиционно-чувствительный приемник «Мультискан». Фоточувствительными элементами фотоприемника являются кремниевые фотодиодные структуры, опрос которых производится за счет перемещения вдоль структуры эквипотенциальной линии электрического поля. Величина аналогового сигнала (напряжение V), снимаемого с приемника, связана с перемещением X изображения, опорным напряжением и0 и длиной Ь0 светочувствительной площадки приемника следующей зависимостью:
V = • X . Закон функционирования данного элемента схемы: У2 = ^
и
и
оме
3. Аналого-цифровой преобразователь. Закон функционирования АЦП: У3 =•
и
0 АЦП 2п
Хт.
где п - число разрядов АЦП; и0АцП - опорное напряжение, подаваемое на АЦП.
4. Персональный компьютер. Закон функционирования: у4 = 1 • х4, где АПК - цена
АП
*ПК
единицы кодов.
Закон функционирования экспериментальной установки выглядит следующим
образом: у0 =
1
и и.
0 АЦП
1
метров:
1
воб и0МС
и и
2п
0 АЦП
1
А = 1.
- • Х4 . Основное условие выбора схемных пара-
ПК
воб и0МС 2п АПК Конструкция данного прибора предусматривает следующие юстировочные операции для приведения изображения в поле зрения на экране проекционной установки. 1. Грубая фокусировка (рис. 3) проекционного микрообъектива (1). Осуществляется подвижкой стойки с микрообъективом (2) вдоль оптической оси. Для этого необходимо снять кожух, ослабить винт (3) в основании прибора, тем самым, освободив основание
стойки (2), и подвинуть стойку рукой, после чего затянуть ослабленный винт (3).
<-►
Рис. 3. Грубая фокусировка проекционного микрообъектива
2. Точная фокусировка (рис. 4) проекционного микрообъектива (1). Осуществляется вращением винта (2), расположенного снизу прибора. При вращении винта (2) по-
ворачивается рычаг (3), который, в свою очередь, толкает стойку (4), тем самым перемещая ее в бобовидных пазах. Возвратно-поступательные движения стойки (4) осуществляются пружинами (5). (При повороте винта на один оборот стойка перемещается на 0,25 мм).
Рис. 4. Точная фокусировка проекционного микрообъектива
3. Точная юстировка сетки (рис. 5). Осуществляется вращением микрометрических винтов (1) на стойке с сеткой (2).
Рис. 5. Точная юстировка сетки
Таким образом, при помощи данных юстировочных подвижек оператор совмещает изображение с маркой на матовом экране проекционной установки.
Заключение
В работе приведено краткое описание экспериментального стенда для исследования чувствительности поперечных наводок. Указаны функциональная и структурная схемы, закон функционирования устройства, методика исследования чувствительности наводок, описание юстировочных операций, предусмотренных в конструкции экспериментального стенда.
Литература
1. Латыев С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. - 248 с.
